JP4970013B2 - Oxygen partial pressure controller - Google Patents

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Description

本発明は、酸素分圧制御装置に関するものである。   The present invention relates to an oxygen partial pressure control apparatus.

従来から、固体電解質を含む電気化学的な酸素ポンプを有する酸素分圧制御装置により、酸素分圧を制御した雰囲気ガスを用いて、単結晶試料等を作成する方法が知られている(特許文献1)。   Conventionally, a method for producing a single crystal sample or the like using an atmospheric gas whose oxygen partial pressure is controlled by an oxygen partial pressure control device having an electrochemical oxygen pump containing a solid electrolyte is known (Patent Document). 1).

図11に示す酸素分圧制御装置は、バルブ2を通った不活性ガスの流量を設定値に制御するマスフローコントローラ(MFC)3と、このマスフローコントローラ3を通った不活性ガスを目的の酸素分圧に制御可能な電気化学的な酸素ポンプ4と、酸素ポンプ4で制御された不活性ガスの酸素分圧をモニタして試料育成装置などの次工程(装置)に供給する供給ガス用の酸素センサ5を有する。   The oxygen partial pressure control apparatus shown in FIG. 11 includes a mass flow controller (MFC) 3 that controls the flow rate of the inert gas that has passed through the valve 2 to a set value, and the inert gas that has passed through the mass flow controller 3 as a target oxygen component. The oxygen oxygen for supply gas supplied to the next process (apparatus) such as a sample growing apparatus by monitoring the oxygen partial pressure of the inert gas controlled by the oxygen pump 4 and the inert gas controlled by the oxygen pump 4 It has a sensor 5.

さらにこの装置は、所望の酸素分圧値を設定する酸素分圧設定部6と、酸素センサ5によるモニタ値を酸素分圧設定部6による設定値と比較して酸素ポンプ4から送り出される不活性ガスの酸素分圧を所定値に制御する酸素分圧制御部7と、酸素センサ5によるモニタ値を表示する酸素分圧表示部8を備える。なお、通常、不活性ガス中の酸素分圧は10-4atm程度である。 Further, this apparatus compares the monitored value by the oxygen sensor 5 with the set value by the oxygen partial pressure setting unit 6 and the inertness sent out from the oxygen pump 4 to set a desired oxygen partial pressure value. An oxygen partial pressure control unit 7 that controls the oxygen partial pressure of the gas to a predetermined value and an oxygen partial pressure display unit 8 that displays a monitor value by the oxygen sensor 5 are provided. Normally, the oxygen partial pressure in the inert gas is about 10 −4 atm.

電気化学的な酸素ポンプ4は、図12に示すように、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質筒状体4aの内外両面に白金よりなる電極4b、4cを形成している。固体電解質筒状体4aは、例えばジルコニア系の固体電解質で、図示しないヒーターで加熱される。固体電解質筒状体4aの一方の開口から他方の開口に向けて軸方向に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、例えばAr+O(10−4atm)である。内外両面の電極4b、4c間に直流電源Eの直流電圧を印加する。外面の電極4cに+極を印加し、内面の電極4bに−極を印加して電流Iを流すと、固体電解質筒状体4a内を流れる不活性ガス中の酸素分子(O)が電気的に還元されてイオン(O2−)化され、固体電解質を通して再び酸素分子(O)として固体電解質筒状体4aの外部に放出される。固体電解質筒状体4aの外部に放出された酸素分子は、空気等の補助ガスと共に排気される。固体電解質筒状体4aに供給されたAr+O(10−4atm)の不活性ガスは、酸素分子が低減されて目的の酸素分圧に制御された処理済みガス(精製ガス)となり、次工程(装置)に給送される。 As shown in FIG. 12, the electrochemical oxygen pump 4 has electrodes 4b and 4c made of platinum formed on both inner and outer surfaces of a solid electrolyte cylindrical body 4a having oxide ion conductivity. The solid electrolyte cylindrical body 4a is, for example, a zirconia solid electrolyte and is heated by a heater (not shown). An inert gas is supplied in the axial direction from one opening of the solid electrolyte cylindrical body 4a toward the other opening. The inert gas is, for example, Ar + O 2 (10 −4 atm). A DC voltage of a DC power source E is applied between the inner and outer electrodes 4b and 4c. When a positive electrode is applied to the outer electrode 4c and a negative electrode is applied to the inner electrode 4b to flow a current I, oxygen molecules (O 2 ) in the inert gas flowing through the solid electrolyte cylindrical body 4a are electrically charged. It is reduced to ions (O 2− ) and released again as oxygen molecules (O 2 ) through the solid electrolyte to the outside of the solid electrolyte cylindrical body 4a. Oxygen molecules released to the outside of the solid electrolyte cylindrical body 4a are exhausted together with an auxiliary gas such as air. The inert gas of Ar + O 2 (10 −4 atm) supplied to the solid electrolyte cylindrical body 4a becomes a processed gas (purified gas) that is controlled to a target oxygen partial pressure by reducing oxygen molecules, and is the next step. (Device).

なお、図12の酸素ポンプ4は、固体電解質筒状体4aの内外両面の電極4b、4c間に上記と逆極性の直流電圧を印加してポンプ動作を行わせることも可能である。すなわち、外面の電極4cに−極を印加し、内面の電極4bに+極を印加すると、固体電解質筒状体4aの外面に沿って流れる空気などのガス中の酸素分子(O)が固体電解質によって電気的に還元されてイオン(O2−)化され、固体電解質を通して再び酸素分子(O)として固体電解質筒状体4aの内部に放出される。この場合、固体電解質筒状体4aの内部を流れる不活性ガスの酸素分圧が上昇して、外部に給送される。 In addition, the oxygen pump 4 of FIG. 12 can also perform a pump operation by applying a DC voltage having a polarity opposite to that described above between the electrodes 4b and 4c on the inner and outer surfaces of the solid electrolyte cylindrical body 4a. That is, when a negative electrode is applied to the outer electrode 4c and a positive electrode is applied to the inner electrode 4b, oxygen molecules (O 2 ) in a gas such as air flowing along the outer surface of the solid electrolyte cylindrical body 4a are solid. It is electrically reduced by the electrolyte to be ionized (O 2− ), and is released again as oxygen molecules (O 2 ) through the solid electrolyte into the solid electrolyte cylindrical body 4a. In this case, the oxygen partial pressure of the inert gas flowing inside the solid electrolyte cylindrical body 4a is increased and fed to the outside.

このような酸素ポンプにより酸素分圧を制御したガスを供給すれば、結晶育成、合金化、熱処理、半導体製造工程などが酸素分圧を制御した不活性ガスなどの雰囲気下で行うことができる。
特開2002−326887号公報
If a gas whose oxygen partial pressure is controlled by such an oxygen pump is supplied, crystal growth, alloying, heat treatment, semiconductor manufacturing process, etc. can be performed in an atmosphere such as an inert gas whose oxygen partial pressure is controlled.
JP 2002-326887 A

図12に示す酸素ポンプでは、1本の円形パイプ状の固体電解質筒状体を使用している。すなわち、この1本の固体電解質筒状体の内部空間に軸方向に被処理ガスを流し、固体電解質筒状体内を流れる間に固体電解質隔壁内外でイオン導電のポンプ作用を行う。このようなガスポンプが処理できるガス流量は、被処理ガスと固体電解質筒状体内外面との接触面積に比例する。従って、ガス流量を増大させるためには、被処理ガスと固体電解質筒状体外面との接触面積を増大させる必要がある。   In the oxygen pump shown in FIG. 12, a single circular pipe-shaped solid electrolyte cylindrical body is used. That is, the gas to be treated is caused to flow in the axial direction in the internal space of the single solid electrolyte cylindrical body, and the ionic conductivity is pumped inside and outside the solid electrolyte partition wall while flowing through the solid electrolyte cylindrical body. The gas flow rate that can be processed by such a gas pump is proportional to the contact area between the gas to be processed and the outer surface of the solid electrolyte cylindrical body. Therefore, in order to increase the gas flow rate, it is necessary to increase the contact area between the gas to be processed and the outer surface of the solid electrolyte cylindrical body.

そのためには、固体電解質筒状体を長くすることや、パイプ径を大きくすることが考えられる。酸素イオン導電性固体電解質を有効に利用するためには、酸素ポンプの抵抗値をできる限り低くして、酸素ポンプの酸素透過能力を高くすることが必要である。酸素ポンプの抵抗値には、固体電解質の形状(表面積と厚さ)、電極膜、リード端子などが影響する。この中で固体電解質の形状は表面積が大きく、薄いほど抵抗値は小さくなる。すなわち、筒状体を考えると、その直径と長さが大きく、厚みの薄い形状がよい。しかし、固体電解質筒状体を製造する容易さや、加熱・高温保持状態で使用される固体電解質筒状体の強度を考慮すると、直径と長さと厚みには限界がある。また、パイプ径を大きくするほど、固体電解質筒状体の中心部を流れる被処理ガスのイオン伝導反応が急減して、結果的に中心部を流れる被処理ガスが反応なしで素通りすることになり、酸素分圧などの制御精度が低下する。このようなことから、固体電解質筒状体のパイプ径を単純に大きくするには自ずと限界がある。従って、上記の方法で被処理ガスと固体電解質筒状体との接触面積を増大するには限界がある。そのため、ガスポンプが実質的有効に処理できるガス流量が制限され、酸素分圧を制御したガスを供給する用途が制限されていた。   To that end, it is conceivable to lengthen the solid electrolyte cylindrical body or increase the pipe diameter. In order to effectively use the oxygen ion conductive solid electrolyte, it is necessary to reduce the resistance value of the oxygen pump as much as possible and increase the oxygen permeation ability of the oxygen pump. The resistance value of the oxygen pump is affected by the shape (surface area and thickness) of the solid electrolyte, the electrode film, the lead terminal, and the like. Among these, the shape of the solid electrolyte has a large surface area, and the resistance value decreases as the thickness decreases. That is, when considering a cylindrical body, a shape having a large diameter and length and a small thickness is preferable. However, in view of the ease of manufacturing the solid electrolyte cylindrical body and the strength of the solid electrolyte cylindrical body used in a heated and high temperature holding state, there are limits to the diameter, length, and thickness. In addition, as the pipe diameter increases, the ion conduction reaction of the gas to be processed flowing through the center of the solid electrolyte cylindrical body decreases rapidly, and as a result, the gas to be processed flowing through the center passes through without reaction. In addition, control accuracy such as oxygen partial pressure decreases. For this reason, there is a limit to simply increasing the pipe diameter of the solid electrolyte cylindrical body. Therefore, there is a limit in increasing the contact area between the gas to be treated and the solid electrolyte cylindrical body by the above method. For this reason, the gas flow rate that can be processed substantially effectively by the gas pump is limited, and the application of supplying gas with controlled oxygen partial pressure is limited.

本発明は、上記課題に鑑みて、酸素分圧を制御したガス(精製ガス)を不足させることとなく、試料作成室等の他の装置にクリーンな状態で精製ガスを供給でき、しかもコンパクト化を図ることが可能な酸素分圧制御装置を提供する。   In view of the above problems, the present invention can supply purified gas in a clean state to other devices such as a sample preparation chamber without causing shortage of gas (purified gas) whose oxygen partial pressure is controlled, and is compact. An oxygen partial pressure control apparatus capable of achieving the above is provided.

本発明の酸素分圧制御装置は、0.2〜10−30気圧の範囲で酸素分圧を制御したガスを精製するガス精製部と、タンクとを有する循環回路を備え、タンクに充填した原料ガスをこの循環回路を循環させて、ガス精製部にて精製される精製ガスをタンクに貯める酸素分圧制御装置であって、前記循環回路において、前記タンクを下方位置に配置するとともに、ガス流出口を上方位置に配置して、タンク内の精製ガスを他の装置に前記ガス流出口を介して供給するものである。 The oxygen partial pressure control apparatus of the present invention comprises a circulation circuit having a gas purification unit for purifying a gas whose oxygen partial pressure is controlled in the range of 0.2 to 10-30 atm and a tank, and a raw material filled in the tank An oxygen partial pressure control device that circulates gas in the circulation circuit and stores the purified gas purified in the gas purification unit in a tank, wherein the tank is disposed at a lower position in the circulation circuit, and the gas flow The outlet is disposed at an upper position, and the purified gas in the tank is supplied to the other device via the gas outlet.

本発明の酸素分圧制御装置によれば、タンクに充填した原料ガスをこの循環回路を循環させて、タンクに前記ガス精製部にて精製される精製ガスを貯めることができる。このため、他の装置へ精製ガスを安定して供給することができる。しかも、他の装置へ精製ガスを供給する際には、下方位置に配設されたタンクの精製ガスが上方位置のガス流出口から他の装置へ供給されるので、コンタミ等の不純物が精製ガスに混入したとしても、タンクとガス流出口との間やタンク内に留まって、ガス流出口からこのような不純物の流出を防ぐ。   According to the oxygen partial pressure control apparatus of the present invention, the source gas filled in the tank can be circulated through this circulation circuit, and the purified gas purified in the gas purification unit can be stored in the tank. For this reason, purified gas can be stably supplied to another apparatus. In addition, when supplying the purified gas to another apparatus, the purified gas in the tank disposed at the lower position is supplied from the gas outlet at the upper position to the other apparatus, so impurities such as contaminants are purified gas. Even if it is mixed in, it stays between the tank and the gas outlet or in the tank to prevent such impurities from flowing out from the gas outlet.

所望の酸素分圧値を設定する酸素分圧設定部と、酸素センサによるモニタ値を酸素分圧設定部による設定値と比較して酸素ポンプから送り出される不活性ガスの酸素分圧を所定値に制御する酸素分圧制御部とを有する電気制御部を備え、この電気制御部を前記循環回路が収容されるボックスの一方の側部側に配置するのが好ましい。   An oxygen partial pressure setting unit for setting a desired oxygen partial pressure value, and a monitored value by the oxygen sensor is compared with a set value by the oxygen partial pressure setting unit to set the oxygen partial pressure of the inert gas sent from the oxygen pump to a predetermined value. It is preferable that an electric control unit having an oxygen partial pressure control unit to be controlled is provided, and this electric control unit is arranged on one side of the box in which the circulation circuit is accommodated.

また、循環回路内のガスを循環させるポンプを、前記ボックスの上下方向中間位置に配置する。   Further, a pump for circulating the gas in the circulation circuit is arranged at an intermediate position in the vertical direction of the box.

本発明では、タンクにガス精製部にて精製される精製ガスを貯めることができ、他の装置へ精製ガスを安定して供給することができる。しかも、精製ガスは循環回路内を循環するガスによって精製されるので、クリーンな状態の精製ガスを精製することができ、高品質の精製ガスを他の装置に供給することができる。すなわち、他の装置へ供給して使用された精製ガスをリターンさせてガス精製部に順次供給するものでは、クリーン状態を保ちにくく、品質の低下を招くおそれがある。   In the present invention, the purified gas purified by the gas purification unit can be stored in the tank, and the purified gas can be stably supplied to other apparatuses. Moreover, since the purified gas is purified by the gas circulating in the circulation circuit, the purified gas in a clean state can be purified, and high-quality purified gas can be supplied to other devices. That is, in the case where the purified gas supplied to other apparatuses is returned and sequentially supplied to the gas purification unit, it is difficult to maintain a clean state and there is a possibility that quality may be deteriorated.

さらに、下方位置に配設されたタンクの精製ガスが上方位置のガス流出口から他の装置へ供給されるので、コンタミ等の不純物が精製ガスに混入したとしても、タンクとガス流出口との間やタンク内に留まって、ガス流出口からこのような不純物の流出を防ぐ。このため、安定してクリーンな状態の精製ガスを他の装置に供給することができ、他の装置では、この精製ガスを使用した高精度の処理を安定して行うことができる。   Furthermore, since the purified gas in the tank disposed at the lower position is supplied from the gas outlet at the upper position to other devices, even if impurities such as contamination are mixed into the purified gas, the tank and the gas outlet It stays between and in the tank to prevent the outflow of such impurities from the gas outlet. For this reason, the purified gas in a stable and clean state can be supplied to another apparatus, and the other apparatus can stably perform high-precision processing using this purified gas.

ガス精製部は、ガスを目的の酸素分圧に制御可能な電気化学的な酸素ポンプと、ガスの酸素分圧をモニタする酸素センサとを備える。すなわち、酸素ポンプにて目的の酸素分圧に制御したガスを精製でき、しかも、この精製したガスの酸素分圧を検査することができ、目的とする酸素分圧に制御させたガスを安定してタンクに供給することができる。特に、電気制御部を備えたことによって、このガス精製部をより高精度に制御でき、高品質の精製ガスを精製することができる。   The gas purification unit includes an electrochemical oxygen pump that can control the gas to a target oxygen partial pressure, and an oxygen sensor that monitors the oxygen partial pressure of the gas. That is, the gas controlled to the target oxygen partial pressure can be purified by the oxygen pump, and the oxygen partial pressure of the purified gas can be inspected to stabilize the gas controlled to the target oxygen partial pressure. Can be supplied to the tank. In particular, by providing the electric control unit, the gas purification unit can be controlled with higher accuracy, and a high-quality purified gas can be purified.

また、電気制御部を循環回路が収容されるボックスのいずれかの一面側に配置することによって、装置全体のコンパクト化を図ることがきる。しかも、電気制御部に対するオペレータの操作も簡単に行うことができ、作業性に優れる。さらに、循環回路内のガスを循環させるポンプを、ボックスの上下方向中間位置に配置することによって、ポンプ流出側の配管と、ポンプ流入側の配管とを上下にバランスよく配置することでき、ガスの安定した循環が可能となる。   Further, by arranging the electric control unit on one side of any one of the boxes in which the circulation circuit is accommodated, the entire apparatus can be made compact. In addition, the operator can easily operate the electric control unit, and the workability is excellent. Furthermore, by arranging the pump that circulates the gas in the circulation circuit at the intermediate position in the vertical direction of the box, the piping on the pump outflow side and the piping on the pump inflow side can be arranged with a good balance in the vertical direction. Stable circulation is possible.

図1は本発明の酸素分圧制御装置を示し、この酸素分圧制御装置は、複数(図例では2個)のタンク(バッファタンク)20A、20Bと、0.2〜10−30気圧の範囲で酸素分圧を制御したガスを精製するガス精製部21とを有する循環回路19を備え、ガス精製部21にて精製される精製ガスをタンク20A、20Bに充填して、タンク20A、20Bから他の装置(例えば、試料作成室)へ供給するものである。 FIG. 1 shows an oxygen partial pressure control device according to the present invention. This oxygen partial pressure control device includes a plurality (two in the illustrated example) of tanks (buffer tanks) 20A and 20B and 0.2 to 10-30 atm. A recirculation circuit 19 having a gas purifying unit 21 for purifying a gas whose oxygen partial pressure is controlled within a range, and the tanks 20A and 20B are filled with the purifying gas purified by the gas purifying unit 21. To another apparatus (for example, a sample preparation chamber).

ガス精製部21は、ガスを目的の酸素分圧に制御可能な電気化学的な酸素ポンプ14と、酸素ポンプ14に流入する前のガスの酸素分圧をモニタする上流側の酸素センサ15Aと、酸素ポンプ14で制御されたガスの酸素分圧をモニタする下流側の酸素センサ15Bとを備える。また、上流側の酸素センサ15Aよりも上流側には、切換弁12を通ったガスの圧力を調整する圧力調整弁(REG)22と、圧力調整弁(REG)を通ったガスの流量を設定値に制御するマスフローコントローラ(MFC)13とが配置される。   The gas purification unit 21 includes an electrochemical oxygen pump 14 that can control the gas to a target oxygen partial pressure, an upstream oxygen sensor 15A that monitors the oxygen partial pressure of the gas before flowing into the oxygen pump 14, And a downstream oxygen sensor 15B that monitors the oxygen partial pressure of the gas controlled by the oxygen pump. Further, on the upstream side of the upstream oxygen sensor 15A, a pressure adjusting valve (REG) 22 for adjusting the pressure of the gas passing through the switching valve 12 and a gas flow rate passing through the pressure adjusting valve (REG) are set. A mass flow controller (MFC) 13 that controls the value is arranged.

酸素ポンプ14は、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質筒状体の内外両面に白金よりなる電極を形成しているもの、つまり、図9に示す酸素ポンプ4と同様の構成のものを使用することができる。このため、この酸素ポンプ14の構成および原理の説明はここでは省略する。   As the oxygen pump 14, a solid electrolyte cylindrical body having oxide ion conductivity in which electrodes made of platinum are formed on both the inside and outside surfaces, that is, a structure similar to the oxygen pump 4 shown in FIG. 9 is used. be able to. For this reason, the description of the configuration and principle of the oxygen pump 14 is omitted here.

酸素センサ15A、15Bは、前記酸素ポンプ14と同様、酸化物イオン伝導性を有する固体電解質筒状体の内外両面に白金よりなる電極を形成したものを使用することができる。そして、内面側の電極と外面側の電極との間の電位差を測定し、熱力学に基づくネルンストの式から酸素分圧を求めることができる。   As for the oxygen sensors 15A and 15B, as in the case of the oxygen pump 14, a sensor in which electrodes made of platinum are formed on both the inner and outer surfaces of a solid electrolyte cylindrical body having oxide ion conductivity can be used. Then, the potential difference between the inner surface side electrode and the outer surface side electrode is measured, and the oxygen partial pressure can be obtained from the Nernst equation based on thermodynamics.

また、この酸素分圧制御装置は、所望の酸素分圧値を設定する酸素分圧設定部16と、上流側の酸素センサ15Aおよび下流側の酸素センサ15Bによるモニタ値を酸素分圧設定部16による設定値と比較して酸素ポンプ14から送り出されるガスの酸素分圧を所定値に制御するPID制御方式等の酸素分圧制御部17と、前記酸素分圧設定部16による酸素分圧設定値と酸素センサ15A、15Bによるモニタ値とを表示する酸素分圧表示部18とを備えている。   Further, the oxygen partial pressure control device includes an oxygen partial pressure setting unit 16 for setting a desired oxygen partial pressure value, and monitor values obtained by the upstream oxygen sensor 15A and the downstream oxygen sensor 15B as oxygen partial pressure setting unit 16. The oxygen partial pressure control unit 17 such as a PID control system for controlling the oxygen partial pressure of the gas delivered from the oxygen pump 14 to a predetermined value as compared with the set value by the oxygen pump, and the oxygen partial pressure set value by the oxygen partial pressure setting unit 16 And an oxygen partial pressure display unit 18 for displaying monitor values obtained by the oxygen sensors 15A and 15B.

ガス精製部21の出口側と、一対のタンク20A,20Bとは第1循環路25を介して連結され、ガス精製部21の入口側と、一対のタンク20A,20Bとは第2循環路26を介して連結されている。   The outlet side of the gas purification unit 21 and the pair of tanks 20A and 20B are connected via the first circulation path 25, and the inlet side of the gas purification unit 21 and the pair of tanks 20A and 20B are connected to the second circulation path 26. It is connected through.

第1循環路25は、流量調整弁27とポンプ(例えば、ダイアフラムポンプ)28とが介装される本体配管29と、この本体配管29から分岐する第1・第2分岐配管30a、30bとを備える。なお、各分岐配管30a、30bにはそれぞれ切換弁31,32が介装されている。   The first circulation path 25 includes a main body pipe 29 in which a flow rate adjusting valve 27 and a pump (for example, a diaphragm pump) 28 are interposed, and first and second branch pipes 30 a and 30 b branched from the main body pipe 29. Prepare. Note that switching valves 31 and 32 are interposed in the branch pipes 30a and 30b, respectively.

第2循環路26は、切換弁33が介装された本体配管34と、本体配管34から分岐する第1・第2分岐配管35a、35bとを備える。なお、各分岐配管35a、35bにはそれぞれ切換弁36,37が介装されている。   The second circulation path 26 includes a main body pipe 34 in which a switching valve 33 is interposed, and first and second branch pipes 35 a and 35 b branched from the main body pipe 34. Note that switching valves 36 and 37 are interposed in the branch pipes 35a and 35b, respectively.

第2循環路26には、他の装置(例えば、試料作成室等)へ精製ガスを供給するための流出路38が接続されている。流出路38は、MFC39が介装された下流側配管40と、下流側配管40と第2循環路26の第1分岐配管35aとを接続する連結配管41aと、下流側配管40と第2循環路26の第2分岐配管35bとを接続する連結配管41bとを備える。連結配管41a、41bにはそれぞれ圧力調整弁(REG)42、43と切換弁44,45が介装されている。   The second circulation path 26 is connected to an outflow path 38 for supplying purified gas to another device (for example, a sample preparation chamber or the like). The outflow path 38 includes a downstream pipe 40 in which the MFC 39 is interposed, a connection pipe 41 a that connects the downstream pipe 40 and the first branch pipe 35 a of the second circulation path 26, and the downstream pipe 40 and the second circulation. And a connecting pipe 41b for connecting the second branch pipe 35b of the passage 26. Pressure regulating valves (REG) 42 and 43 and switching valves 44 and 45 are interposed in the connecting pipes 41a and 41b, respectively.

ところで、この装置は、図2から図5に示すように、ボックス50に、タンク20A、20Bとガス精製部21とを有する循環回路19が収容される。すなわち、ボックス50は、タンク20A、20Bを収容する下部のタンク収容部51と、ガス精製部21を収容する上部後方のガス精製部収容部52と、ポンプ28を収容する上部後方のポンプ収容部53と、電気制御部49を収容する前方の制御部収容部54とを備える。   In this apparatus, as shown in FIGS. 2 to 5, a circulation circuit 19 having tanks 20 </ b> A and 20 </ b> B and a gas purification unit 21 is accommodated in a box 50. That is, the box 50 includes a lower tank accommodating portion 51 that accommodates the tanks 20A and 20B, an upper rear gas purifying portion accommodating portion 52 that accommodates the gas purifying portion 21, and an upper rear pump accommodating portion that accommodates the pump 28. 53 and a front control unit accommodating portion 54 that accommodates the electric control unit 49.

このため、ボックス50は、上下分離用の仕切板55と、左右分離用の仕切板56と、前後分離用の仕切板57とを備える。そして、タンク20A、20Bがボックス50の底壁50bに載置固定され、仕切板55には支持台60が設けられ、この支持台60にポンプ28が載置固定される。   Therefore, the box 50 includes a partition plate 55 for separating the upper and lower sides, a partition plate 56 for separating the left and right sides, and a partition plate 57 for separating the front and rear sides. The tanks 20 </ b> A and 20 </ b> B are placed and fixed on the bottom wall 50 b of the box 50, a support base 60 is provided on the partition plate 55, and the pump 28 is placed and fixed on the support base 60.

また、ガス精製部21の酸素ポンプ14及び酸素センサ15A,15Bは、図示省略の固定用枠体等を介してガス精製部収容部52内で固定される。また、ガス流出路38のガス流出口61がボックス50の上壁50aを介して上方に開口している。なお、図5から図7においては、図示簡略化のため、タンク20A、20Bとガス精製部21との連結配管等の循環回路19を構成する配管を省略している。また、ボックス50の底壁50bの四隅には、キャスタ65と、高さ調整脚体66が付設されている。   Further, the oxygen pump 14 and the oxygen sensors 15A and 15B of the gas purification unit 21 are fixed in the gas purification unit accommodating unit 52 via a fixing frame or the like (not shown). Further, the gas outlet 61 of the gas outflow passage 38 opens upward through the upper wall 50 a of the box 50. 5 to 7, for the sake of simplification, piping constituting the circulation circuit 19 such as connection piping between the tanks 20A and 20B and the gas purification unit 21 is omitted. Further, casters 65 and height adjusting legs 66 are attached to the four corners of the bottom wall 50 b of the box 50.

このように、循環回路19において、タンク20A、20Bを下方位置に配置するとともに、ガス流出口61を上方位置に配置して、タンク20A、20B内の精製ガスを他の装置に前記ガス流出口61を介して供給することになる。また、電気制御部49を循環回路19が収容されるボックス50のいずれかの一面側(図例では、一方の前方側)に配置するとともに、循環回路内のガスを循環させるポンプ28を、ボックス50の上下方向中間位置に配置することになる。   As described above, in the circulation circuit 19, the tanks 20A and 20B are disposed at the lower position, the gas outlet 61 is disposed at the upper position, and the purified gas in the tanks 20A and 20B is transferred to the other apparatus. 61 will be supplied. In addition, the electric control unit 49 is disposed on one surface side (one front side in the illustrated example) of the box 50 in which the circulation circuit 19 is accommodated, and the pump 28 for circulating the gas in the circulation circuit is provided in the box. It is arranged at 50 intermediate positions in the vertical direction.

次にこの図1に示した酸素分圧制御装置の動作について説明する。この場合、図5に示す各タンク20A、20Bに原料ガスを充填する工程と、図6に示す各タンク20A、20Bの原料ガスを0.2〜10−30気圧の範囲で酸素分圧を制御して精製する工程と、図7に示す第1のタンク20Aの精製ガスを試料作成室等へ吹出させる(供給する)とともに第2のタンク20Bの原料ガスを精製ガスに精製する工程と、図8に示す第1のタンク20Aに原料ガスを充填するとともに第2のタンク20Bの精製ガスを試料作成室等へ吹出させる(供給する)工程と、図9に示す第1のタンク20Aのガスを精製するとともに第2のタンク20Bの精製ガスを試料作成室等へ吹出させる(供給する)工程と、図10に示す第1のタンク20Aの精製ガスを試料作成室等へ吹出させる(供給する)とともに第2のタンク20Bに原料ガスを充填する工程等がある。なお、図5から図10においては、酸素分圧制御部17等の図示を省略している。また、図5から図10では、各切換弁12、31、32、33、36、37、44、45において、白抜きの場合を開状態を示し、黒塗の場合を閉状態とし、循環回路19、ガス流出路38、およびガス流入路24において、太線がガスが流れていることを示している。 Next, the operation of the oxygen partial pressure control apparatus shown in FIG. 1 will be described. In this case, the tanks 20A shown in FIG. 5, the step of filling the raw material gas to 20B, each tank 20A shown in FIG. 6, the oxygen partial pressure of the material gas and 20B in the range of 0.2 to 10 -30 atm control FIG. 7 shows a step of purifying the purified gas from the first tank 20A shown in FIG. 7 into the sample preparation chamber and the like, and a step of purifying the source gas of the second tank 20B into a purified gas. The first tank 20A shown in FIG. 8 is filled with the source gas and the purified gas in the second tank 20B is blown out (supplied) to the sample preparation chamber or the like, and the gas in the first tank 20A shown in FIG. Purifying and supplying (supplying) the purified gas from the second tank 20B to the sample preparation chamber and the like, and blowing (supply) the purified gas from the first tank 20A shown in FIG. 10 to the sample preparation chamber and the like. With the second There is a process of filling the raw material gas into the tank 20B. 5 to 10, the illustration of the oxygen partial pressure control unit 17 and the like is omitted. 5 to 10, in each switching valve 12, 31, 32, 33, 36, 37, 44, 45, the white state is shown as an open state, and the black case is shown as a closed state. 19, in the gas outflow passage 38 and the gas inflow passage 24, a thick line indicates that gas is flowing.

図5に示す工程は、第1循環路25の切換弁31、32を開状態とし、第2循環路26の切換弁33、36、37、44、45を閉状態として、ポンプ28を駆動する。これによって、原料ガス(プロセスガス)がガス流入路24の切換弁12を通ってガス精製部21を介して第1循環路25に流入する。   In the step shown in FIG. 5, the switching valves 31, 32 of the first circulation path 25 are opened, and the switching valves 33, 36, 37, 44, 45 of the second circulation path 26 are closed, and the pump 28 is driven. . As a result, the raw material gas (process gas) flows into the first circulation path 25 through the gas purification unit 21 through the switching valve 12 of the gas inflow path 24.

そして、原料ガスが第1循環路25の本体配管29に流入して、流量調整弁27にて流量が調整されて、ポンプ28を介して第1循環路25の分岐路30a,30bに流入し、各分岐路30a,30bからそれぞれタンク20A、20Bに流入する。第2循環路26の切換弁36、37、44、45が閉状態であるので、タンク20A、20Bに流入した原料ガスは第2循環路26へは流出しない。すなわち、未処理の原料ガスは、矢印Aのように、ガス流入路24、ガス精製部21、第1循環路25、タンク20A,20Bと流れ、順次タンク20A、20Bに供給されて充填される。   Then, the raw material gas flows into the main body pipe 29 of the first circulation path 25, the flow rate is adjusted by the flow rate adjustment valve 27, and flows into the branch paths 30 a and 30 b of the first circulation path 25 via the pump 28. The tanks 20A and 20B flow into the tanks 20A and 20B, respectively. Since the switching valves 36, 37, 44, 45 of the second circulation path 26 are closed, the raw material gas that has flowed into the tanks 20 </ b> A, 20 </ b> B does not flow out to the second circulation path 26. That is, as shown by the arrow A, the untreated raw material gas flows through the gas inflow path 24, the gas purification unit 21, the first circulation path 25, and the tanks 20A and 20B, and is sequentially supplied to the tanks 20A and 20B. .

このように、タンク20A、20Bに原料ガスが充填されれば、図5に示す状態から、図6に示すように、切換弁12を閉状態とするとともに、第2循環路26の切換弁33、36,37を開状態とする。   As described above, when the tanks 20A and 20B are filled with the raw material gas, the switching valve 12 is closed from the state shown in FIG. 5 and the switching valve 33 of the second circulation path 26 is closed as shown in FIG. , 36, 37 are opened.

これによって、タンク20A、20Bと、第2循環路26と、ガス精製部21と、第1循環路25とを備えた循環回路19が構成され、ポンプ28の駆動によって、この循環回路19内をガスが矢印Bのように循環する。   As a result, a circulation circuit 19 including the tanks 20A and 20B, the second circulation path 26, the gas purification unit 21, and the first circulation path 25 is configured, and the inside of the circulation circuit 19 is driven by the pump 28. Gas circulates as shown by arrow B.

この状態では、ガス精製部21にてこのガス精製部21を流れるガスを精製することになる。すなわち、酸素分圧設定部16によって、所望の酸素分圧、例えば、1×10−21〜1×10−30気圧に設定する。すると酸素分圧設定部16によって設定された酸素分圧に設定するための制御信号が、酸素分圧制御部17から酸素ポンプ14に送られる。その制御信号によって酸素ポンプ14の電流Iが制御されて、REG22およびマスフローコントローラ(MFC)13を通って、酸素ポンプ14に供給されたガス中の酸素分圧が、酸素分圧設定部16によって設定された1×10−21〜1×10−30気圧程度の酸素分圧に制御される。 In this state, the gas flowing through the gas purification unit 21 is purified by the gas purification unit 21. That is, the oxygen partial pressure setting unit 16 sets a desired oxygen partial pressure, for example, 1 × 10 −21 to 1 × 10 −30 atm. Then, a control signal for setting the oxygen partial pressure set by the oxygen partial pressure setting unit 16 is sent from the oxygen partial pressure control unit 17 to the oxygen pump 14. The current I of the oxygen pump 14 is controlled by the control signal, and the oxygen partial pressure in the gas supplied to the oxygen pump 14 through the REG 22 and the mass flow controller (MFC) 13 is set by the oxygen partial pressure setting unit 16. The oxygen partial pressure is controlled to about 1 × 10 −21 to 1 × 10 −30 atm.

ガス精製部21を流れるガスは、上流側の酸素センサ15Aと下流側の酸素センサ15Bによってその酸素分圧がモニタされ、そのモニタ値が酸素分圧表示部18に表示されるとともに、酸素分圧制御部17に入力される。このようにして、酸素センサ15A,15Bでモニタされたモニタ値が酸素分圧制御部17に入力され、酸素分圧設定部16で設定した設定値と比較されて、酸素ポンプ14で酸素分圧が制御されたガスが、酸素分圧設定部16で設定した酸素分圧に制御されているかどうかチェックされる。そして、もし、酸素センサ15Bでモニタされた酸素分圧が酸素分圧設定部16で設定された酸素分圧と一致していなければ、酸素分圧制御部17から酸素ポンプ14に制御信号を出力して、酸素ポンプ14に流れる電流Iを調整して、1×10−21〜1×10−30気圧程度の酸素分圧に制御されるガス(精製ガス)を第1循環路25へ供給される。 The gas flowing through the gas purifying unit 21 is monitored for its oxygen partial pressure by the upstream oxygen sensor 15A and the downstream oxygen sensor 15B. The monitored value is displayed on the oxygen partial pressure display unit 18 and the oxygen partial pressure. Input to the controller 17. In this way, the monitor values monitored by the oxygen sensors 15A and 15B are input to the oxygen partial pressure control unit 17 and compared with the set values set by the oxygen partial pressure setting unit 16, and the oxygen partial pressure is then detected by the oxygen pump 14. It is checked whether or not the gas whose gas pressure is controlled is controlled to the oxygen partial pressure set by the oxygen partial pressure setting unit 16. If the oxygen partial pressure monitored by the oxygen sensor 15B does not coincide with the oxygen partial pressure set by the oxygen partial pressure setting unit 16, a control signal is output from the oxygen partial pressure control unit 17 to the oxygen pump 14. Then, by adjusting the current I flowing through the oxygen pump 14, a gas (purified gas) controlled to have an oxygen partial pressure of about 1 × 10 −21 to 1 × 10 −30 atm is supplied to the first circulation path 25. The

このため、精製ガスがタンク20A、20Bに供給され、タンク20A、20Bからは、このタンク20A、20Bに流入した量のガス(精製ガスと未処理の原料ガスとの混合ガス)が第2循環路26へ流出し、このガスが再度ガス精製部21を流れる。これによって、ガス精製部21に流入するガスも1×10−21〜1×10−30気圧程度の酸素分圧に制御されるガス(精製ガス)を第1循環路25へ供給される。すなわち、ガスがこの循環回路19内を流れることによって、タンク20A、20Bに1×10−21〜1×10−30気圧程度の酸素分圧に制御されたガスに精製される。 Therefore, the purified gas is supplied to the tanks 20A and 20B, and the amount of gas (mixed gas of the purified gas and the untreated raw material gas) flowing into the tanks 20A and 20B from the tanks 20A and 20B is second circulated. The gas flows out to the passage 26, and this gas flows through the gas purification unit 21 again. As a result, a gas (purified gas) controlled to have an oxygen partial pressure of about 1 × 10 −21 to 1 × 10 −30 atmospheres is also supplied to the first circulation path 25. That is, when the gas flows through the circulation circuit 19, the gas is purified to a gas controlled to have an oxygen partial pressure of about 1 × 10 −21 to 1 × 10 −30 atm in the tanks 20A and 20B.

このように、タンク20A、20Bのガスが精製されれば、各タンク20A、20Bの精製ガスが試料作成室に送られることになる。この場合、図7に示すように、まず第1のタンク20Aの精製ガスを試料作成室に吹出すことになる。すなわち、図6に示す状態から図7に示すように、第1循環路25の切換弁31を閉状態とし、第2循環路26の切換弁36を閉状態とするとともに切換弁44を開状態とする。   Thus, if the gas of tank 20A, 20B is refine | purified, the refined gas of each tank 20A, 20B will be sent to a sample preparation room. In this case, as shown in FIG. 7, the purified gas in the first tank 20A is first blown into the sample preparation chamber. That is, as shown in FIG. 7 from the state shown in FIG. 6, the switching valve 31 of the first circulation path 25 is closed, the switching valve 36 of the second circulation path 26 is closed, and the switching valve 44 is opened. And

これによって、陽圧の第1のタンク20Aの精製ガスは、流出路38の第1連結配管41aに流出する。そして、圧力調整弁(REG)42を通った精製ガスの流量を設定値に制御するマスフローコントローラ(MFC)39を介して試料作成室に吹出される。すなわち、第1のタンク20Aの精製ガスは流出路38を矢印C1のように流れて試料作成室に供給される。   As a result, the purified gas in the positive pressure first tank 20 </ b> A flows out to the first connection pipe 41 a of the outflow path 38. Then, the purified gas is blown into the sample preparation chamber via a mass flow controller (MFC) 39 that controls the flow rate of the purified gas that has passed through the pressure regulating valve (REG) 42 to a set value. That is, the purified gas in the first tank 20A flows through the outflow path 38 as shown by the arrow C1 and is supplied to the sample preparation chamber.

また、第2のタンク20Bと、分岐配管35bと、本体配管34と、ガス精製部21と、本体配管29と、分岐配管30bとで構成される循環回路19Bをタンク20B内のガスが矢印B1のように循環して、ガス精製が継続される。   Further, the gas in the tank 20B is indicated by the arrow B1 in the circulation circuit 19B composed of the second tank 20B, the branch pipe 35b, the main body pipe 34, the gas purification unit 21, the main body pipe 29, and the branch pipe 30b. In this way, gas purification is continued.

第1のタンク20Aの精製ガスの試料作成室への供給が終了すれば、図8に示すように、陽圧の第2のタンク20Bの精製ガスが試料作成室に吹出される。すなわち、図7に示す状態から、図8に示すように、第1循環路25の切換弁31を開状態とするとともに、切換弁32を閉状態とする。さらに第2循環路26の切換弁33、37、44を閉状態とするとともに、切換弁45を開状態とする。   When the supply of the purified gas from the first tank 20A to the sample preparation chamber is completed, the purified gas from the positive second tank 20B is blown into the sample preparation chamber, as shown in FIG. That is, from the state shown in FIG. 7, as shown in FIG. 8, the switching valve 31 of the first circulation path 25 is opened and the switching valve 32 is closed. Further, the switching valves 33, 37, 44 of the second circulation path 26 are closed, and the switching valve 45 is opened.

これによって、第2のタンク20Bの精製ガスは、流出路38の第1連結配管41bに流出する。そして、圧力調整弁(REG)43を通ったガスの流量を設定値に制御するマスフローコントローラ(MFC)39を介して試料作成室に吹出される。すなわち、第2のタンク20Bの精製ガスは流出路38を矢印C2のように流れて試料作成室に供給される。   As a result, the purified gas in the second tank 20B flows out to the first connection pipe 41b of the outflow path 38. And it blows off to the sample preparation chamber via the mass flow controller (MFC) 39 which controls the flow rate of the gas which passed through the pressure regulation valve (REG) 43 to a set value. That is, the purified gas in the second tank 20B flows through the outflow path 38 as indicated by arrow C2 and is supplied to the sample preparation chamber.

また、図8に示す状態ではガス流入路24には原料ガスが供給される。すなわち、原料ガスは、矢印A1のように、ガス流入路24、ガス精製部21、第1循環路25の本体配管29および分岐配管30a、第1のタンク20Aへと流れて第1のタンク20Aに供給され、第1のタンク20Aは原料ガスが充填される。   Further, in the state shown in FIG. 8, the raw material gas is supplied to the gas inflow passage 24. That is, as shown by the arrow A1, the source gas flows into the gas inflow path 24, the gas purifying unit 21, the main body pipe 29 and the branch pipe 30a of the first circulation path 25, and the first tank 20A. The first tank 20A is filled with the source gas.

次に、図9に示すように、第1のタンク20Aに充填した原料ガスを精製することになる。すなわち、図8に示す状態から図9に示すように、第2循環路25の切換弁36、33を開状態する。これによって、第1タンク20A、第1循環路26の分岐配管35aおよび本体配管34、ガス精製部21、第1循環路25の本体配管29および分岐配管30aにて構成される循環回路19Aを、矢印B2のようにガスが循環することになる。   Next, as shown in FIG. 9, the raw material gas filled in the first tank 20A is purified. That is, as shown in FIG. 9 from the state shown in FIG. 8, the switching valves 36 and 33 of the second circulation path 25 are opened. Thereby, the circulation circuit 19A constituted by the first tank 20A, the branch pipe 35a and the main body pipe 34 of the first circulation path 26, the gas purification unit 21, the main body pipe 29 and the branch pipe 30a of the first circulation path 25, Gas circulates as shown by arrow B2.

この循環によって、第1のタンク20Aのガスは再び精製される。ガス精製中には、第2のタンク20Bの精製ガスは流出路38を矢印C2のように流れて試料作成室に供給されている。   By this circulation, the gas in the first tank 20A is purified again. During gas purification, the purified gas in the second tank 20B flows through the outflow path 38 as indicated by arrow C2 and is supplied to the sample preparation chamber.

また、第2のタンク20Bの精製ガスの試料作成室への供給が終了すれば、図10に示すように、第2のタンク20Bに再度原料ガスが充填される。すなわち、図9に示す状態から図10に示すように、第1循環路25の切換弁31を閉状態とするとともに、切換弁32を開状態とし、さらに、第2循環路26の切換弁33、36、45を閉状態とするとともに、切換弁44を開状態とする。   Further, when the supply of the purified gas from the second tank 20B to the sample preparation chamber is completed, the source gas is filled again in the second tank 20B as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 10 from the state shown in FIG. 9, the switching valve 31 of the first circulation path 25 is closed, the switching valve 32 is opened, and the switching valve 33 of the second circulation path 26 is further opened. , 36 and 45 are closed, and the switching valve 44 is opened.

これによって、原料ガスが、矢印A2のように、ガス流入路24、ガス精製部21、第1循環路25の本体配管29、分岐配管30b、第2のタンク20Bと流れ、第2のタンク20Bに供給され、第2のタンク20Bは原料ガスが充填される。   As a result, the source gas flows through the gas inflow path 24, the gas purification section 21, the main body pipe 29 of the first circulation path 25, the branch pipe 30b, and the second tank 20B as indicated by the arrow A2, and the second tank 20B. The second tank 20B is filled with the source gas.

また、この第2のタンク20Bに原料ガスが充填される間は、第1のタンク20Aから精製ガスがガス流出路38の連結配管41aに流出する。すなわち、第1のタンク20Aの精製ガスは流出路38を矢印C1のように流れて試料作成室に供給されている。以後、図7に示す工程に戻って、この装置は動作が停止するまで、前記各工程が繰り返される。   Further, while the source gas is filled in the second tank 20B, the purified gas flows out from the first tank 20A to the connecting pipe 41a of the gas outflow path 38. That is, the purified gas in the first tank 20A flows through the outflow passage 38 as indicated by the arrow C1 and is supplied to the sample preparation chamber. Thereafter, returning to the steps shown in FIG. 7, the above steps are repeated until the operation of the apparatus stops.

このようにして、試料作成室には、連続して酸素分圧が2×10−1〜1×10−30気圧に制御された精製ガスが供給される。 In this way, the purified gas whose oxygen partial pressure is continuously controlled to 2 × 10 −1 to 1 × 10 −30 atm is supplied to the sample preparation chamber.

本発明では、タンク20にガス精製部21にて精製される精製ガスを貯めることができ、他の装置へ精製ガスを安定して供給することができる。しかも、精製ガスは循環回路19内を循環するガスによって精製されるので、クリーンな状態の精製ガスを精製することができ、高品質の精製ガスを他の装置に供給することができる。すなわち、他の装置へ供給して使用された精製ガスをリターンさせてガス精製部21に順次供給するものでは、クリーン状態を保ちにくく、品質の低下を招くおそれがある。しかも、複数のタンク20に精製ガスを貯めることができるので、他の装置への精製ガスの供給能力を向上させることができる。   In the present invention, the purified gas purified by the gas purification unit 21 can be stored in the tank 20, and the purified gas can be stably supplied to other apparatuses. In addition, since the purified gas is purified by the gas circulating in the circulation circuit 19, it is possible to purify the purified gas in a clean state and supply high-quality purified gas to other devices. That is, in the case where the purified gas supplied to other apparatuses is returned and sequentially supplied to the gas purification unit 21, it is difficult to maintain a clean state and there is a possibility that quality may be deteriorated. In addition, since the purified gas can be stored in the plurality of tanks 20, the ability to supply the purified gas to other apparatuses can be improved.

さらに、下方位置に配設されたタンク20の精製ガスが上方位置のガス流出口61から他の装置へ供給されるので、コンタミ等の不純物が精製ガスに混入したとしても、タンク20とガス流出口61との間やタンク20内に留まって、ガス流出口61からこのような不純物の流出を防ぐ。安定してクリーンな状態の精製ガスを他の装置に供給することができ、他の装置では、この精製ガスを使用した高精度の処理を安定して行うことができる。   Further, since the purified gas in the tank 20 disposed at the lower position is supplied from the gas outlet 61 at the upper position to another apparatus, even if impurities such as contamination are mixed into the purified gas, the tank 20 and the gas flow It stays between the outlet 61 and in the tank 20 to prevent such outflow of impurities from the gas outlet 61. The purified gas in a stable and clean state can be supplied to another apparatus, and the other apparatus can stably perform high-precision processing using this purified gas.

ガス精製部21は、ガスを目的の酸素分圧に制御可能な電気化学的な酸素ポンプ14と、ガスの酸素分圧をモニタする酸素センサ15とを備える。すなわち、酸素ポンプ14にて目的の酸素分圧に制御したガスを精製でき、しかも、この精製したガスの酸素分圧を検査することができ、目的とする酸素分圧に制御させたガスを安定してタンク20に供給することができる。特に、電気制御部49を備えたことによって、このガス精製部をより高精度に制御でき、高品質の精製ガスを精製することができる。また、酸素センサ15A、15Bを酸素ポンプ14の上流側と下流側とに配置することによって、酸素ポンプ14にて精製するガスの調整が容易となり、より正確な酸素分圧に制御されるガスを精製することができる。   The gas purification unit 21 includes an electrochemical oxygen pump 14 that can control a gas to a target oxygen partial pressure, and an oxygen sensor 15 that monitors the oxygen partial pressure of the gas. That is, the gas controlled to the target oxygen partial pressure can be purified by the oxygen pump 14, and the oxygen partial pressure of the purified gas can be inspected to stabilize the gas controlled to the target oxygen partial pressure. Then, it can be supplied to the tank 20. In particular, by providing the electric control unit 49, the gas purification unit can be controlled with higher accuracy, and a high-quality purified gas can be purified. In addition, by arranging the oxygen sensors 15A and 15B on the upstream side and the downstream side of the oxygen pump 14, the gas to be purified by the oxygen pump 14 can be easily adjusted, and the gas controlled to a more accurate oxygen partial pressure can be obtained. Can be purified.

また、電気制御部49を循環回路19が収容されるボックスのいずれかの側面側に配置することによって、装置全体のコンパクト化を図ることがきる。しかも、電気制御部49に対するオペレータの操作も簡単に行うことができ、作業性に優れる。さらに、循環回路19内のガスを循環させるポンプ28を、ボックス50の上下方向中間位置に配置することによって、ポンプ流出側の配管と、ポンプ流入側の配管とを上下にバランスよく配置することでき、ガスの安定した循環が可能となる。   Further, by arranging the electric control unit 49 on either side of the box in which the circulation circuit 19 is accommodated, the entire apparatus can be made compact. In addition, the operator can easily operate the electric control unit 49, and the workability is excellent. Further, by arranging the pump 28 for circulating the gas in the circulation circuit 19 at the intermediate position in the vertical direction of the box 50, the pump outflow side piping and the pump inflow side piping can be arranged in a well-balanced manner. , Stable circulation of gas becomes possible.

そして、切換弁31、32等にて、ガス精製部21にて精製された精製ガスの各タンクへの供給許容と供給停止とを切換える第1切換手段51を構成でき、切換弁36、37、44、45等にて、各タンク20A、20Bの精製ガスの他の装置への供給許容と供給停止とを切換える第2切換手段52を構成できる。   The switching valves 31, 32, etc. can constitute the first switching means 51 for switching the supply of the refined gas purified by the gas purification section 21 to the respective tanks and the supply stop, and the switching valves 36, 37, 44, 45 etc. can constitute the 2nd switching means 52 which switches supply of the refined gas of each tank 20A, 20B to other devices, and supply stop.

このため、第1切換手段51と第2切換手段52(この場合、切換弁31、32、36,44等にて構成される)を切換えて第1のタンク20Aから他の装置(試料作成室等)へ精製ガスの供給を許容し、第1切換手段51と第2切換手段52(この場合、切換弁31,32,33,37,45等にて構成される)の切換えにて、第1のタンク20Aからのガス供給許容状態において、他の装置への精製ガスの供給が終了した第2のタンク20Bに原料ガスを充填と、ガス精製部21にて精製された精製ガスを供給したりすることができる。   For this reason, the first switching means 51 and the second switching means 52 (in this case, constituted by the switching valves 31, 32, 36, 44, etc.) are switched so that another device (sample preparation chamber) is connected from the first tank 20A. And the like, and by switching the first switching means 51 and the second switching means 52 (in this case, composed of the switching valves 31, 32, 33, 37, 45, etc.), In the gas supply permissible state from one tank 20A, the raw gas is filled in the second tank 20B after the supply of the purified gas to the other apparatus is completed, and the purified gas purified by the gas purification unit 21 is supplied. Can be.

すなわち、本発明では、第1切換手段51と第2切換手段52の切換えによって、装置内でガスが循環して精製されたガスを連続して、他の装置に吹出すことができ、他の装置では、精製ガスを使用した処理を安定して行うことができる。なお、第1切換手段51および第2切換手段52は、切換弁31,32,33,36、37、44,45等から任意に選択される切換弁の組み合わせによって、それぞれ構成することができる。   That is, in the present invention, by switching between the first switching means 51 and the second switching means 52, the gas circulated in the apparatus can be continuously and purified gas can be blown out to other apparatuses. In the apparatus, processing using purified gas can be performed stably. In addition, the 1st switching means 51 and the 2nd switching means 52 can each be comprised by the combination of the switching valve arbitrarily selected from the switching valves 31, 32, 33, 36, 37, 44, 45, etc.

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、タンクが1個であっても、3個以上であってもよい。タンクを3個以上備えたものでは、2個またはそれ以上のタンクから同時に試料作成室等へ精製ガスを供給したり、2個またはそれ以上のタンクに精製ガスを貯めるようにしたりでき、ガスの使用量等に応じた稼動を種々選択できる。   As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, even if there is one tank, there are three or more. Also good. In the case of having three or more tanks, purified gas can be supplied simultaneously from two or more tanks to the sample preparation room, etc., or the purified gas can be stored in two or more tanks. Various operations can be selected according to the amount used.

また、複数のガス精製部21を備えたものであってもよい。複数のガス精製部21を備えたものであれば、ガス精製能力を増大させることができ、他の装置へ精製ガスを安定して供給することができる。このため、大量の精製ガスを必要とする装置に対しても、十分対応することができ、ガスを供給する用途が制限されない。   In addition, a plurality of gas purification units 21 may be provided. As long as a plurality of gas purification units 21 are provided, the gas purification capacity can be increased, and the purified gas can be stably supplied to other apparatuses. For this reason, it can fully respond also to the apparatus which requires a lot of refined gas, and the use which supplies gas is not restrict | limited.

ところで、前記実施形態では、酸素ポンプ14の上流側と下流側とに酸素センサ15A,15Bを配置していたが、上流側の酸素センサ15Aを省略してもよい。すなわち、酸素ポンプ14にて精製したガスの酸素分圧を検査して、精製したガスを所望の分圧に制御できればよいので、下流側の酸素センサ15Bのみでも十分に所望の分圧に制御できるからである。   In the above embodiment, the oxygen sensors 15A and 15B are arranged on the upstream side and the downstream side of the oxygen pump 14, but the upstream oxygen sensor 15A may be omitted. That is, it is sufficient that the oxygen partial pressure of the gas purified by the oxygen pump 14 is inspected and the purified gas can be controlled to a desired partial pressure. Therefore, the downstream partial oxygen sensor 15B can be sufficiently controlled to a desired partial pressure. Because.

さらに、試料作成室での不純物の発生を考慮しなくても良い場合、もしくは発生した不純物を除去可能な場合は、試料作成室から排気された使用済みの精製ガスをガス精製部21にリターンさせて再利用するようにしてもよい。もし、試料作成室に供給する不活性ガスをすべて新しい供給ガスで賄おうとすれば、酸素ポンプ14の負荷が大きくなり、設備が大型化および高額化するだけでなく、設置スペースも大きくなるし、酸素分圧を所定値に制御するための費用も嵩む。   Further, when it is not necessary to consider the generation of impurities in the sample preparation chamber, or when the generated impurities can be removed, the used purified gas exhausted from the sample preparation chamber is returned to the gas purification section 21. May be reused. If all of the inert gas supplied to the sample preparation chamber is covered with new supply gas, the load on the oxygen pump 14 increases, which not only increases the size and cost of the equipment, but also increases the installation space. The cost for controlling the oxygen partial pressure to a predetermined value also increases.

しかし、試料作成室から排出される使用済みの精製ガスは、酸素ポンプ14で酸素分圧制御されて試料作成室に供給される精製ガスに比較すれば、当然、酸素分圧は高いが、イン用バルブ2から供給される新しい供給ガスに比較すれば格段に低い酸素分圧の状態にある。そこで、リターン配管等を設けて、試料作成室から排気された使用済みの精製ガスをガス精製部21にリターンさせて再利用すれば、新しい原料ガスのみを供給する場合に比較して、供給ガスの使用量が低減できるだけでなく、酸素ポンプ14の負荷が低減されて小型化および低価格化が実現でき、その設置スペースも小さくできるし、酸素分圧を所定値に制御するための経費も低減できる。   However, the used purified gas discharged from the sample preparation chamber is naturally higher in oxygen partial pressure than the purified gas supplied to the sample preparation chamber by controlling the oxygen partial pressure by the oxygen pump 14. Compared to the new supply gas supplied from the valve 2 for use, the oxygen partial pressure is much lower. Therefore, if a return pipe or the like is provided and the used purified gas exhausted from the sample preparation chamber is returned to the gas purification unit 21 and reused, the supply gas is compared to a case where only a new source gas is supplied. As well as reducing the amount of oxygen used, the load on the oxygen pump 14 can be reduced to achieve downsizing and cost reduction, the installation space can be reduced, and the cost for controlling the oxygen partial pressure to a predetermined value is also reduced. it can.

本発明の実施形態を示す酸素分圧制御装置の簡略図である。It is a simplified diagram of an oxygen partial pressure control device showing an embodiment of the present invention. 前記酸素分圧制御装置の簡略断面図である。It is a simplified sectional view of the oxygen partial pressure control device. 前記酸素分圧制御装置の簡略側面図である。It is a simplified side view of the oxygen partial pressure control device. 前記酸素分圧制御装置の簡略平面図である。It is a simplified top view of the oxygen partial pressure control device. タンクへの原料ガス充填工程を示す前記酸素分圧制御装置の簡略図である。It is a simplified diagram of the oxygen partial pressure control device showing a raw material gas filling process into a tank. ガス精製工程を示す前記酸素分圧制御装置の簡略図である。It is a simplified diagram of the oxygen partial pressure control device showing a gas purification process. 第1のタンクからの試料作成室への精製ガス供給工程、第2のタンクの精製工程を示す前記酸素分圧制御装置の簡略図である。FIG. 3 is a simplified diagram of the oxygen partial pressure control device showing a purified gas supply process from a first tank to a sample preparation chamber and a purified process of a second tank. 第2のタンクからの試料作成室への精製ガス供給工程、第1のタンクへのガスの充填工程を示す前記酸素分圧制御装置の簡略図である。FIG. 3 is a simplified diagram of the oxygen partial pressure control device showing a purified gas supply process from a second tank to a sample preparation chamber and a gas filling process to the first tank. 第2のタンクからの試料作成質への精製ガス供給工程、第1のタンクのガス精製工程を示す前記酸素分圧制御装置の簡略図である。FIG. 3 is a simplified diagram of the oxygen partial pressure control device showing a purified gas supply process from the second tank to the sample preparation quality and a gas purification process of the first tank. 第1のタンクからの試料作成室への精製ガス供給工程、第2のタンクへの原料ガス充填工程を示す前記酸素分圧制御装置の簡略図である。FIG. 4 is a simplified diagram of the oxygen partial pressure control device showing a purified gas supply process from a first tank to a sample preparation chamber and a source gas filling process to a second tank. 従来の酸素分圧制御装置の簡略図である。It is a simplified diagram of a conventional oxygen partial pressure control device. 酸素ポンプの原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of an oxygen pump.

符号の説明Explanation of symbols

14 酸素ポンプ
15 酸素センサ
16 酸素分圧設定部
17 酸素分圧制御部
19 循環回路
20 タンク
21 ガス精製部
24 ガス流入路
28 ポンプ
49 電気制御部
50 ボックス
61 ガス流出口
14 Oxygen pump 15 Oxygen sensor 16 Oxygen partial pressure setting unit 17 Oxygen partial pressure control unit 19 Circulation circuit 20 Tank 21 Gas purification unit 24 Gas inflow path 28 Pump 49 Electric control unit 50 Box 61 Gas outlet

Claims (3)

0.2〜10−30気圧の範囲で酸素分圧を制御したガスを精製するガス精製部と、タンクとを有する循環回路を備え、タンクに充填した原料ガスをこの循環回路を循環させて、ガス精製部にて精製される精製ガスをタンクに貯める酸素分圧制御装置であって、
前記循環回路において、前記タンクを下方位置に配置するとともに、ガス流出口を上方位置に配置して、タンク内の精製ガスを他の装置に前記ガス流出口を介して供給することを特徴とする酸素分圧制御装置。
A gas purification unit for purifying a gas whose oxygen partial pressure is controlled in the range of 0.2 to 10-30 atm, and a circulation circuit having a tank, and circulating the source gas filled in the tank through the circulation circuit, An oxygen partial pressure control device for storing purified gas to be purified in a gas purification unit in a tank,
In the circulation circuit, the tank is disposed at a lower position, a gas outlet is disposed at an upper position, and purified gas in the tank is supplied to another device via the gas outlet. Oxygen partial pressure control device.
所望の酸素分圧値を設定する酸素分圧設定部と、酸素センサによるモニタ値を酸素分圧設定部による設定値と比較して酸素ポンプから送り出されるガスの酸素分圧を所定値に制御する酸素分圧制御部とを有する電気制御部を備え、この電気制御部を前記循環回路が収容されるボックスのいずれかの一面側に配置したことを特徴とする請求項1の酸素分圧制御装置。   An oxygen partial pressure setting unit for setting a desired oxygen partial pressure value, and a monitored value by the oxygen sensor are compared with a set value by the oxygen partial pressure setting unit to control the oxygen partial pressure of the gas delivered from the oxygen pump to a predetermined value. 2. An oxygen partial pressure control apparatus according to claim 1, further comprising an electric control unit having an oxygen partial pressure control unit, wherein the electric control unit is arranged on one side of a box in which the circulation circuit is accommodated. . 循環回路内のガスを循環させるポンプを、前記ボックスの上下方向中間位置に配置したことを特徴とする請求項2の酸素分圧制御装置。   3. The oxygen partial pressure control apparatus according to claim 2, wherein a pump for circulating the gas in the circulation circuit is arranged at an intermediate position in the vertical direction of the box.
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